Завершается разведка Колмозерского месторождения редких металлов. В результате страна войдет в тройку лидеров по запасам лития — стратегически важного элемента для современной промышленности. Однако добывать его крайне сложно.
Зачем нужен свой литий, запасы
Первые материалы для литий-ионных аккумуляторов синтезировали в начале 1990-х. Это позволило перейти на более легкие, компактные и емкие батареи, которые стали основой новой электроники. С тех пор спрос в мире только растет. Если в маленькой батарейке этого металла менее грамма, то в аккумуляторе автомобиля Tesla — 1,7 килограмма.
Литий также используют при производстве стекол и керамики, в нефтехимии, медицине, ядерной отрасли. В 2022-м в мире добыли 130 тысяч тонн. Ожидается, что к 2030 году потребности в нем вырастут в десять раз.
В СССР эксплуатировали Завитинское месторождение в Забайкалье, однако в конце 1990-х производство свернули и стали закупать концентрат за рубежом — в Чили, Аргентине. Так было дешевле. Сейчас политическая ситуация изменилась, заключить договор на разработку салар (высохших соленых озер) удалось только с Боливией. Оказавшись в зависимости от экспорта стратегически важного элемента, решили организовать добычу и производство у себя.
Более 70 процентов балансовых запасов лития содержится в пегматитовых месторождениях. В России это самый перспективный источник.
Пегматитами называют жильные горные породы магматического происхождения, богатые редкими металлами. По сути, это застывший миллионы лет назад в трещинах бурлящий расплав. Богатейшие комплексы находятся на Кольском полуострове.
В 1947 году ученые Геологического института Кольского филиала Академии наук открыли там Колмозерское месторождение, содержащее более 500 тысяч тонн лития. Это почти 24 процента всех запасов страны. Вдобавок оно обогащено ниобием, танталом, бериллием, рубидием, цезием.
Год назад лицензию на эксплуатацию месторождения получило ООО "Полярный литий" — совместное предприятие "Росатома" и ГМК "Норильский никель". Сейчас завершаются полевые работы, по итогам которых Россия войдет в тройку мировых лидеров по запасам. Добычу планируют начать уже в 2026-м.
Как извлечь литий из горной породы
Литий в пегматитах входит в состав силикатного минерала сподумена. В горной породе доля металла мала — порядка полутора процентов. Нужно обогащать, то есть измельчать, удалять лишнее и концентрировать.
Извлечение лития — многостадийный химический процесс, включающий в себя высокотемпературный обжиг и выщелачивание.
Наиболее эффективна сернокислотная технология, при которой извлекают порядка 90 процентов лития в форме карбоната или гидроксида. В Институте химии и технологии редких элементов и минерального сырья имени И. В. Тананаева КНЦ РАН методику модернизировали, добившись максимального извлечения — 98 процентов — и высокой степени очистки.
Из полученного карбоната лития синтезировали твердые электролиты со структурой NASICON, которые, как пишут авторы в недавнем докладе, считаются наиболее перспективными для твердотельных литий-ионных аккумуляторов.
"Сернокислотная технология извлечения лития из сподуменовых концентратов и руд известна давно и применяется в США с 1950-х. Разновидностей много, и отличия в основном связаны с извлечением сопутствующих элементов и методов концентрирования сульфатных растворов перед выделением карбоната лития. Мы не просто усовершенствовали этот процесс, но и попутно извлекли из концентрата цезий-рубидиевые квасцы", — рассказывает заведующий лабораторией разработки и внедрения процессов химической технологии ИХТРЭМС КНЦ РАН, кандидат химических наук Александр Касиков.
Для этой технологии нужно много серной кислоты, поэтому рядом должно быть ее производство, указывает исследователь. Поставщиком может стать Кольская ГМК в Мончегорске, где перерабатывают медно-никелевые концентраты, а попутно из улавливаемых сернистых газов производят кислоту.
К 2027 году там планировали построить новое экологически чистое производство меди, получая большие объемы серной кислоты.
"Технологий переработки сподумена много. Только в нашем институте в 1970-1990-е разработали несколько способов. Этим занимаются и во ВНИИХТ. Кроме того, существуют щелочная, сульфатная, сернокислотно-алюминатная технологии, а также предложенный ГЕОХИ РАН бисульфатный способ извлечения. У каждого свои плюсы и минусы", — поясняет Касиков.
Какую технологию извлечения будут использовать в данном случае, пока неизвестно. По словам ученого, необходимо учитывать, что Колмозерское месторождение — комплексное, так что нужно извлекать все редкие металлы, не только литий.
"Также следует решать проблему утилизации отходов переработки, которых будет очень много. При сернокислотной технологии их можно использовать в качестве добавки в цемент. Мы испытали этот подход в нашем отделе строительных материалов", — добавляет исследователь.
По словам директора института, члена-корреспондента РАН Ивана Тананаева, в Горном институте КНЦ имеется полупромышленная обогатительная установка для обогащения различных руд. А для проведения операций по получению литиевой продукции Научный центр готов предоставить площадку под пилотную установку.
От добычи до производства
В России задумались о замыкании всей цепочки — от добычи лития до производства товаров. Сейчас перерабатывают купленный за рубежом концентрат и отправляют на продажу. Металлический литий, в том числе для аккумуляторов, выпускает только химико-металлургический завод в Красноярске.
Если же начнется разработка Колмозерского месторождения и расположенного чуть севернее Полмостундровского, страна закроет свои потребности в этом металле. Минпромторг рассчитывает получить к 2030-му 85 тысяч тонн в год карбоната (гидроксида) лития.
Остается проблема спроса. Раньше планировали отправлять добытое сырье в Китай для производства катодных материалов, сообщил генеральный директор ООО "Полярный литий" Игорь Демидов, выступая на III Научно-практической конференции "Минерально-сырьевая база металлов высоких технологий: Освоение, воспроизводство, использование" в ВИМС в ноябре прошлого года. По его словам, это "априори проигрышная история".
Катодные материалы синтезируют из сульфата никеля, кобальта, марганца и гидроксида лития. Все это можно получить самим, уверен Демидов. Для этого надо запустить на площадке Кольской ГМК пилотную установку с мощностью две-пять тысяч тонн. Этого должно хватить для "гигафабрик" по выпуску накопителей энергии, которые возводят в Калининградской области и Новой Москве. А КамАЗ займется их установкой в новые электромобили.
Татьяна Пичугина
